mieren verzamelen zich rond dode bij

De grote diversiteit aan morfologie en gedrag bij sociale insecten wordt grotendeels bepaald door expressie van verschillende genen. Recent onderzoek bracht deze variatie in genexpressie in kaart voor een bepaalde mierensoort, Temnothorax longispinosus.

In een mierennest is het altijd extreem druk: sommige werksters voeden de jongen, andere leggen grote afstanden af om voedsel naar het nest te dragen en alles wordt bewaakt door soldaten. Ergens goed verstopt in het nest ligt de reusachtige koningin die zorgt voor de productie van de volgende generatie werksters. Ondanks deze diversiteit in gedrag en morfologie bezitten alle mieren in de kolonie hetzelfde genetische materiaal. De sleutel tot de diversiteit is variatie in de expressie van verschillende genen. Met de opkomst van de nieuwe generatie DNA-sequentie-technieken (zogenaamde Next-Generation Sequencing, of NGS) kan de expressie van genen gedetailleerd in kaart gebracht worden. Barbara Feldmeyer (Johannes Gutenberg Universiteit, Mainz) bestudeerde met haar collega’s de genexpressie bij de sociale mierensoort Temnothorax longispinosus. Zij vergeleken de koningin en drie types werksters: onvruchtbare broedverzorgers, vruchtbare broedverzorgers en voedselverzamelaars.

Dat is wel héél dichtbij

Bekijk de mier hier 77.000 keer in close-up!

Conservatieve koningin
Tot nu toe zijn de genomen van zeven mierensoorten bestudeerd. Toch stuitte Barbara Feldmeyer bij de werksters op heel wat nieuwe genen waarvan de functie vooralsnog onbekend is. Andere studies op sociale insecten, zoals bijen en wespen, kwamen tot hetzelfde resultaat. Dit toont aan dat de evolutie van socialiteit bij insecten vooral gedreven wordt door de werkstersklasse waar er een sterke selectiedruk is op complexe morfologie. De evolutie van de koningin daarentegen is erg conservatief, omdat er waarschijnlijk een sterke selectie is op de reproductieve structuren.

Langer leven
Een gen dat sterk tot expressie komt bij de koningin codeert voor het multifunctionele eiwit vitellogenin, dat vooral bekend is als voorloper van de dooier bij ei-leggende dieren. Het treedt ook op als antioxidant waardoor het een belangrijke rol speelt in de verlenging van de levensduur. Sommige mierenkoninginnen kunnen tot wel 30 jaar oud worden en waarschijnlijk vervult vitellogenin hierin een sleutelrol. Bij T. longispinosus zijn er vier verschillende kopieën van dit gen aanwezig. Eén van deze kopieën (Vg6) komt het sterkst tot expressie bij de vruchtbare werksters. Het is mogelijk dat dit eiwit een gloednieuwe functie verworven heeft.

Enkele genen kwamen enkel tot expressie in de koningin. Het merendeel is betrokken bij de reproductie, zoals de vorming van eicellen. Daarnaast werden ook genen die geassocieerd worden met de productie van specifieke lange koolwaterstoffen alleen in het genoom van de koningin geactiveerd. Deze moleculen spelen een cruciale rol in het signaleren van vruchtbaarheid. Wanneer de koningin verwijderd wordt uit het nest of sterft, dan stopt de productie van deze moleculen. Dit is het signaal voor vruchtbare werksters om zelf aan de reproductie te beginnen.

Jente Ottenburghs (1988) heeft sinds zijn Master Evolutie en Gedragsbiologie aan de Universiteit van Antwerpen een brede interesse voor evolutionaire biologie. Sinds mei 2012 werkt hij als PhD-student bij de Resource Ecology Group aan de Universiteit van Wageningen. Meer informatie over zijn onderzoek vindt u hier.